The performance of inertial navigation systems is largely dependent on the stable flow of external measurements and information to guarantee continuous filter updates and bind the inertial solution drift. Platforms in different operational environments may be prevented at some point from receiving external measurements, thus exposing their navigation solution to drift. Over the years, a wide variety of works have been proposed to overcome this shortcoming, by exploiting knowledge of the system current conditions and turning it into an applicable source of information to update the navigation filter. This paper aims to provide an extensive survey of information aided navigation, broadly classified into direct, indirect, and model aiding. Each approach is described by the notable works that implemented its concept, use cases, relevant state updates, and their corresponding measurement models. By matching the appropriate constraint to a given scenario, one will be able to improve the navigation solution accuracy, compensate for the lost information, and uncover certain internal states, that would otherwise remain unobservable.

滑动检测对于在外星人表面驾驶的流浪者的安全性和效率至关重要。当前的行星流动站滑移检测系统依赖于视觉感知，假设可以在环境中获得足够的视觉特征。然而，基于视觉的方法容易受到感知降解的行星环境，具有主要低地形特征，例如岩石岩，冰川地形，盐散发物以及较差的照明条件，例如黑暗的洞穴和永久阴影区域。仅依靠视觉传感器进行滑动检测也需要额外的计算功率，并降低了流动站的遍历速率。本文回答了如何检测行星漫游者的车轮滑移而不取决于视觉感知的问题。在这方面，我们提出了一个滑动检测系统，该系统从本体感受的本地化框架中获取信息，该框架能够提供数百米的可靠，连续和计算有效的状态估计。这是通过使用零速度更新，零角度更新和非独立限制作为惯性导航系统框架的伪测量更新来完成的。对所提出的方法进行了对实际硬件的评估，并在行星 - 分析环境中进行了现场测试。该方法仅使用IMU和车轮编码器就可以达到150 m左右的92％滑动检测精度。

惯性导航系统与全球导航卫星系统之间的融合经常用于许多平台，例如无人机，陆地车辆和船舶船只。融合通常是在基于模型的扩展卡尔曼过滤框架中进行的。过滤器的关键参数之一是过程噪声协方差。它负责实时解决方案的准确性，因为它考虑了车辆动力学不确定性和惯性传感器质量。在大多数情况下，过程噪声被认为是恒定的。然而，由于整个轨迹的车辆动力学和传感器测量变化，过程噪声协方差可能会发生变化。为了应对这种情况，文献中建议了几种基于自适应的Kalman过滤器。在本文中，我们提出了一个混合模型和基于学习的自适应导航过滤器。我们依靠基于模型的Kalman滤波器和设计深神网络模型来调整瞬时系统噪声协方差矩阵，仅基于惯性传感器读数。一旦学习了过程噪声协方差，就可以将其插入建立的基于模型的Kalman滤波器中。在推导了提出的混合框架后，提出了使用四极管的现场实验结果，并给出了与基于模型的自适应方法进行比较。我们表明，所提出的方法在位置误差中获得了25％的改善。此外，提出的混合学习方法可以在任何导航过滤器以及任何相关估计问题中使用。

安装在微空中车辆（MAV）上的地面穿透雷达是有助于协助人道主义陆地间隙的工具。然而，合成孔径雷达图像的质量取决于雷达天线的准确和精确运动估计以及与MAV产生信息性的观点。本文介绍了一个完整的自动空气缩进的合成孔径雷达（GPSAR）系统。该系统由空间校准和时间上同步的工业级传感器套件组成，使得在地面上方，雷达成像和光学成像。自定义任务规划框架允许在地上控制地上的Stripmap和圆形（GPSAR）轨迹的生成和自动执行，以及空中成像调查飞行。基于因子图基于Dual接收机实时运动（RTK）全局导航卫星系统（GNSS）和惯性测量单元（IMU）的测量值，以获得精确，高速平台位置和方向。地面真理实验表明，传感器时机为0.8美元，正如0.1美元的那样，定位率为1 kHz。与具有不确定标题初始化的单个位置因子相比，双位置因子配方可提高高达40％，批量定位精度高达59％。我们的现场试验验证了本地化准确性和精度，使得能够相干雷达测量和检测在沙子中埋入的雷达目标。这验证了作为鸟瞰着地图检测系统的潜力。

A reliable self-contained navigation system is essential for autonomous vehicles. Based on our previous study on Wheel-INS \cite{niu2019}, a wheel-mounted inertial measurement unit (Wheel-IMU)-based dead reckoning (DR) system, in this paper, we propose a multiple IMUs-based DR solution for the wheeled robots. The IMUs are mounted at different places of the wheeled vehicles to acquire various dynamic information. In particular, at least one IMU has to be mounted at the wheel to measure the wheel velocity and take advantages of the rotation modulation. The system is implemented through a distributed extended Kalman filter structure where each subsystem (corresponding to each IMU) retains and updates its own states separately. The relative position constraints between the multiple IMUs are exploited to further limit the error drift and improve the system robustness. Particularly, we present the DR systems using dual Wheel-IMUs, one Wheel-IMU plus one vehicle body-mounted IMU (Body-IMU), and dual Wheel-IMUs plus one Body-IMU as examples for analysis and comparison. Field tests illustrate that the proposed multi-IMU DR system outperforms the single Wheel-INS in terms of both positioning and heading accuracy. By comparing with the centralized filter, the proposed distributed filter shows unimportant accuracy degradation while holds significant computation efficiency. Moreover, among the three multi-IMU configurations, the one Body-IMU plus one Wheel-IMU design obtains the minimum drift rate. The position drift rates of the three configurations are 0.82\% (dual Wheel-IMUs), 0.69\% (one Body-IMU plus one Wheel-IMU), and 0.73\% (dual Wheel-IMUs plus one Body-IMU), respectively.

移动机器人用于工业，休闲和军事应用。在某些情况下，机器人导航解决方案仅依赖于惯性传感器，因此，导航解决方案会及时漂移。在本文中，我们提出了MORPI框架，这是一种移动机器人纯惯性方法。机器人没有以直线轨迹行进，而是以周期性运动轨迹移动，以实现峰值估计。以这种方式，使用经验公式来估计行进距离，而不是进行三个集成来计算经典惯性解决方案中的机器人位置。提出了两种类型的MORPI方法，其中一种方法基于加速度计和陀螺仪读数，而另一种仅基于陀螺仪。封闭形式的分析溶液被得出表明，与经典的纯惯性溶液相比，MORPI产生较低的位置误差。此外，为了评估所提出的方法，使用配备两种类型的惯性传感器的移动机器人进行现场实验。总共收集了143个轨迹，持续时间为75分钟并评估。结果表明使用我们的方法的好处。为了促进拟议方法的进一步开发，数据集和代码均可在https://github.com/ansfl/morpi上公开获得。

自动水下车辆（AUV）通常在许多水下应用中使用。最近，在文献中，多旋翼无人自动驾驶汽车（UAV）的使用引起了更多关注。通常，两个平台都采用惯性导航系统（INS）和协助传感器进行准确的导航解决方案。在AUV导航中，多普勒速度日志（DVL）主要用于帮助INS，而对于无人机，通常使用全球导航卫星系统（GNSS）接收器。辅助传感器和INS之间的融合需要在估计过程中定义步长参数。它负责解决方案频率更新，并最终导致其准确性。步长的选择在计算负载和导航性能之间构成了权衡。通常，与INS操作频率（数百个HERTZ）相比，帮助传感器更新频率要慢得多。对于大多数平台来说，这种高率是不必要的，特别是对于低动力学AUV。在这项工作中，提出了基于监督机器学习的自适应调整方案，以选择适当的INS步骤尺寸。为此，定义了一个速度误差，允许INS/DVL或INS/GNSS在亚最佳工作条件下起作用，并最大程度地减少计算负载。模拟和现场实验的结果显示了使用建议的方法的好处。此外，建议的框架可以应用于任何类型的传感器或平台之间的任何其他融合场景。

在过去的十年中，自动驾驶航空运输车辆引起了重大兴趣。这是通过空中操纵器和新颖的握手的技术进步来实现这一目标的。此外，改进的控制方案和车辆动力学能够更好地对有效载荷进行建模和改进的感知算法，以检测无人机（UAV）环境中的关键特征。在这项调查中，对自动空中递送车辆的技术进步和开放研究问题进行了系统的审查。首先，详细讨论了各种类型的操纵器和握手，以及动态建模和控制方法。然后，讨论了降落在静态和动态平台上的。随后，诸如天气状况，州估计和避免碰撞之类的风险以确保安全过境。最后，调查了交付的UAV路由，该路由将主题分为两个领域：无人机操作和无人机合作操作。

自动水下车辆（AUV）执行各种应用，例如海底映射和水下结构健康监测。通常，由多普勒速度日志（DVL）提供的惯性导航系统用于提供车辆的导航解决方案。在这种融合中，DVL提供了AUV的速度向量，从而确定导航解决方案的准确性并有助于估计导航状态。本文提出了BeamsNet，这是一个端到端的深度学习框架，用于回归估计的DVL速度向量，以提高速度向量估算的准确性，并可以替代基于模型的方法。提出了两个版本的BeamsNet，其输入与网络不同。第一个使用当前的DVL光束测量和惯性传感器数据，而另一个仅利用DVL数据，对回归过程进行了当前和过去的DVL测量值。进行了模拟和海上实验，以验证相对于基于模型的方法的拟议学习方法。使用地中海的Snapir AUV进行了海洋实验，收集了大约四个小时的DVL和惯性传感器数据。我们的结果表明，提出的方法在估计DVL速度矢量方面取得了超过60％的改善。

The field of autonomous mobile robots has undergone dramatic advancements over the past decades. Despite achieving important milestones, several challenges are yet to be addressed. Aggregating the achievements of the robotic community as survey papers is vital to keep the track of current state-of-the-art and the challenges that must be tackled in the future. This paper tries to provide a comprehensive review of autonomous mobile robots covering topics such as sensor types, mobile robot platforms, simulation tools, path planning and following, sensor fusion methods, obstacle avoidance, and SLAM. The urge to present a survey paper is twofold. First, autonomous navigation field evolves fast so writing survey papers regularly is crucial to keep the research community well-aware of the current status of this field. Second, deep learning methods have revolutionized many fields including autonomous navigation. Therefore, it is necessary to give an appropriate treatment of the role of deep learning in autonomous navigation as well which is covered in this paper. Future works and research gaps will also be discussed.

我们提出了通过现实的模拟和现实世界实验来支持可复制研究的多运动无人机控制（UAV）和估计系统。我们提出了一个独特的多帧本地化范式，用于同时使用多个传感器同时估算各种参考框架中的无人机状态。该系统可以在GNSS和GNSS贬低的环境中进行复杂的任务，包括室外室内过渡和执行冗余估计器，以备份不可靠的本地化源。提出了两种反馈控制设计：一个用于精确和激进的操作，另一个用于稳定和平稳的飞行，并进行嘈杂的状态估计。拟议的控制和估计管道是在3D中使用Euler/Tait-Bryan角度表示的，而无需使用Euler/Tait-Bryan角度表示。取而代之的是，我们依靠旋转矩阵和一个新颖的基于标题的惯例来代表标准多电流直升机3D中的一个自由旋转自由度。我们提供了积极维护且有据可查的开源实现，包括对无人机，传感器和本地化系统的现实模拟。拟议的系统是多年应用系统，空中群，空中操纵，运动计划和遥感的多年研究产物。我们所有的结果都得到了现实世界中的部署的支持，该系统部署将系统塑造成此处介绍的表单。此外，该系统是在我们团队从布拉格的CTU参与期间使用的，该系统在享有声望的MBZIRC 2017和2020 Robotics竞赛中，还参加了DARPA SubT挑战赛。每次，我们的团队都能在世界各地最好的竞争对手中获得最高位置。在每种情况下，挑战都促使团队改善系统，并在紧迫的期限内获得大量高质量的体验。

We propose a multisensor fusion framework for onboard real-time navigation of a quadrotor in an indoor environment, by integrating sensor readings from an Inertial Measurement Unit (IMU), a camera-based object detection algorithm, and an Ultra-WideBand (UWB) localization system. The sensor readings from the camera-based object detection algorithm and the UWB localization system arrive intermittently, since the measurements are not readily available. We design a Kalman filter that manages intermittent observations in order to handle and fuse the readings and estimate the pose of the quadrotor for tracking a predefined trajectory. The system is implemented via a Hardware-in-the-loop (HIL) simulation technique, in which the dynamic model of the quadrotor is simulated in an open-source 3D robotics simulator tool, and the whole navigation system is implemented on Artificial Intelligence (AI) enabled edge GPU. The simulation results show that our proposed framework offers low positioning and trajectory errors, while handling intermittent sensor measurements.

自主飞机的导航系统依赖于由套件的读数提供的读数来估计飞机状态。在固定翼车的情况下，传感器套件由三联脉的加速度计，陀螺仪和磁力计，全球导航卫星系统（GNSS）接收器和空中数据系统（皮托管，空气叶片，温度计和晴雨表）组成，并且通常由一个或多个数码相机补充。准确表示每个传感器的行为和错误源，以及摄像机生成的图像，在飞行模拟中是必不可少的，以及对新型惯性或视觉导航算法的评估，以及在低交换的情况下大小，重量和电源）飞机，其中传感器的质量和价格有限。本文为每个传感器提供了现实和可定制的模型，该传感器已被实现为开源C ++模拟。随着时间的推移提供了飞机状态的真正变化，模拟提供了所有传感器产生的误差的时间戳系列，以及地球表面的现实图像，类似于沿着指示的状态位置飞行的真正摄像机飞行的地面表面和态度。

A monocular visual-inertial system (VINS), consisting of a camera and a low-cost inertial measurement unit (IMU), forms the minimum sensor suite for metric six degreesof-freedom (DOF) state estimation. However, the lack of direct distance measurement poses significant challenges in terms of IMU processing, estimator initialization, extrinsic calibration, and nonlinear optimization. In this work, we present VINS-Mono: a robust and versatile monocular visual-inertial state estimator. Our approach starts with a robust procedure for estimator initialization and failure recovery. A tightly-coupled, nonlinear optimization-based method is used to obtain high accuracy visual-inertial odometry by fusing pre-integrated IMU measurements and feature observations. A loop detection module, in combination with our tightly-coupled formulation, enables relocalization with minimum computation overhead. We additionally perform four degrees-of-freedom pose graph optimization to enforce global consistency. We validate the performance of our system on public datasets and real-world experiments and compare against other state-of-the-art algorithms. We also perform onboard closed-loop autonomous flight on the MAV platform and port the algorithm to an iOS-based demonstration. We highlight that the proposed work is a reliable, complete, and versatile system that is applicable for different applications that require high accuracy localization. We open source our implementations for both PCs 1 and iOS mobile devices 2 .

We designed and constructed an A-sized base autonomous underwater vehicle (AUV), augmented with a stack of modular and extendable hardware and software, including autonomy, navigation, control and high fidelity simulation capabilities (A-size stands for the standard sonobuoy form factor, with a maximum diameter of 124 mm). Subsequently, we extended this base vehicle with a novel tuna-inspired morphing fin payload module (referred to as the Morpheus AUV), to achieve good directional stability and exceptional maneuverability; properties that are highly desirable for rigid hull AUVs, but are presently difficult to achieve because they impose contradictory requirements. The morphing fin payload allows the base AUV to dynamically change its stability-maneuverability qualities by using morphing fins, which can be deployed, deflected and retracted, as needed. The base vehicle and Morpheus AUV were both extensively field tested in-water in the Charles river, Massachusetts, USA; by conducting hundreds of hours of operations over a period of two years. The maneuvering capability of the Morpheus AUV was evaluated with and without the use of morphing fins to quantify the performance improvement. The Morpheus AUV was able to showcase an exceptional turning rate of around 25-35 deg/s. A maximum turn rate improvement of around 35% - 50% was gained through the use of morphing fins.

在这项工作中，我们展示了基于全球导航卫星系统（GNSS）的零速度信息的重要性。在文献中已经示出了使用零速度更新（Zupt）的零速度信息的有效性已经显示在文献中。在这里，我们利用此信息并将其添加为GNSS因子图中的位置约束。我们还将其性能与GNSS /惯用导航系统（INS）耦合因子图进行比较。我们在三个数据集上测试了我们的Zupt辅助因子图方法，并将其与仅限GNSS因子图进行了比较。

我们为腿部机器人提供了一个开源视觉惯性训练率（VILO）状态估计解决方案Cerberus，该机器人使用一组标准传感器（包括立体声摄像机，IMU，联合编码器，，imu，联合编码器）实时实时估算各个地形的位置和接触传感器。除了估计机器人状态外，我们还执行在线运动学参数校准并接触离群值拒绝以大大减少位置漂移。在各种室内和室外环境中进行的硬件实验验证了Cerberus中的运动学参数可以将估计的漂移降低到长距离高速运动中的1％以下。我们的漂移结果比文献中报道的相同的一组传感器组比任何其他状态估计方法都要好。此外，即使机器人经历了巨大的影响和摄像头遮挡，我们的状态估计器也表现良好。状态估计器的实现以及用于计算我们结果的数据集，可在https://github.com/shuoyangrobotics/cerberus上获得。

本文解决了现场机器人动态运动下动态在线估计和3轴磁力计的硬铁和软铁偏置的动态在线估计和补偿问题，利用了3轴磁力计和3轴角度的偏置测量速率传感器。所提出的磁力计和角速度偏差估计器（MAVBE）利用了对经受角速度偏移的磁力计信号的非线性处理动态的15状态过程模型，同时估计9个磁力计偏置参数和3个角速率传感器偏置参数，在扩展卡尔曼过滤器框架。偏置参数局部可操作性在数值评估。偏置补偿信号与3轴加速度计信号一起用于估计偏置补偿磁力大地测量标题。与Chesapeake Bay，MD，MD，MD，MD，MD，MD，MD，MD，MD的数值模拟，实验室实验和全规模场试验中，评估了所提出的MAVBE方法的性能。对于所提出的Mavbe，（i）仪器态度不需要估计偏差，结果表明（ii）偏差是本地可观察的，（iii）偏差估计迅速收敛到真正的偏置参数，（iv）仅适用于适度的仪器偏压估计收敛需要激发，并且（v）对磁力计硬铁和柔软铁偏差的补偿显着提高了动态前线估计精度。

基于对高分辨率水下视觉调查的需求，本研究表明，现有的烟囱II自主水下车辆（AUV）适应完全悬停的AUV完全能够进行自主，近​​距离成像调查任务。本文重点介绍了AUV机动能力的增强（实现了改进的机动控制），实现了最新推进器分配算法的状态（允许最佳推进器分配和推进器冗余），以及在控制器之后的升级路径的开发以便于精确开发高分辨率成像任务所需的精致运动。为了便于车辆适应，开发了一种动态模型。提出了使用良好接受的公式，通过计算流体动力学和实际海上实验获得最初获得的动态模型系数的校准过程。还提出了耐压成像系统的房屋开发。该系统包括立体声相机和高功率闪电闪光灯，并作为专用AUV有效载荷装配。最后，在实际海床视觉调查任务中证明了平台的性能。

本文为自动驾驶车辆提供了基于激光雷达的同时定位和映射（SLAM）。研究了来自地标传感器的数据和自适应卡尔曼滤波器（KF）中的带状惯性测量单元（IMU）加上系统的可观察性。除了车辆的状态和具有里程碑意义的位置外，自我调整过滤器还估计IMU校准参数以及测量噪声的协方差。流程噪声，状态过渡矩阵和观察灵敏度矩阵的离散时间协方差矩阵以封闭形式得出，使其适合实时实现。检查3D SLAM系统的可观察性得出的结论是，该系统在地标对准的几何条件下仍然可以观察到。